OLED-Mikrodisplays- und Mikroanzeigen Orthogonale Photolitographie verbessert Eigenschaften des Displays

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Mit neuen Ansätzen in der OLED-Mikrostrukturierung ist es Forschern gelungen, hochaufgelöste OLED-Displays mit Helligkeiten von 5000 cd/m² zu entwickeln. Hier eröffnen sich neue Möglichkeiten für Datenbrillen.

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OLED-Mikrodisplays mit verbesserten Eigenschaften: Fraunhofer-Forscher gehen neue Wege der OLED-Mikrostrukturierung.
OLED-Mikrodisplays mit verbesserten Eigenschaften: Fraunhofer-Forscher gehen neue Wege der OLED-Mikrostrukturierung.
(Fraunhofer COMEDD)

Die Zukunft der OLED-Technologie hängt zunehmend davon ab, wie sich Materialien, Bauelemente und Herstellungsverfahren entwickeln werden. Im Laufe der letzten zehn Jahre wurden wesentliche Fortschritte bei der Synthese und der Charakterisierung von OLED-Materialien gemacht. Trotz der wesentlichen Verbesserungen in Bezug auf Leistung und Stabilität gilt es, noch eine Reihe technologischer Problemstellungen zu lösen, um die Herstellung organischer Bauelemente im gleichen Umfang wie in der Siliziumindustrie zu ermöglichen.

Während die Standardlithographieprozesse für die Strukturierung von anorganischen Schaltkreiskomponenten schon verfügbar sind, bleiben die Mikrostrukturierung, die Verarbeitung und Integration von organischen Materialien für elektronische und optoelektronische Systeme eines der anspruchsvollsten Problemstellungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik.

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OLED-Datenbrillen funktionieren bei Tageslicht

Das Fraunhofer COMEDD erforscht zusammen mit dem Industriepartner Orthogonal Inc. (Rochester, NY/USA) neuartige Ansätze für die OLED-Mikrostrukturierung, die als orthogonale Photolitographie bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um eine „patentierte Technologie, die eine direkte Strukturierung von organischen Materialien auf CMOS-Backplanes ermöglicht“, erklärt Dr. Alexander Zakhidov, Leiter der Entwicklungsgruppe. Realisiert werden können damit hochauflösende OLED-Mikrodisplays für Head-Mounted-Displays und Datenbrillen mit einer Helligkeit von 5000 cd/m². Damit lassen sich Anwendungen der erweiterten Realität umsetzen, bei denen das virtuelle Bild auch bei Tageslicht sichtbar eingeblendet wird.

Rote, grüne und blaue Subpixel separieren

Der direkten RGB-Pixel-Strukturierung mit herkömmlichen Technologien, wie der Verwendung von Schattenmasken, welche einen Pixelabstand von ca. 50 µm ermöglichen, sind enge Grenzen gesetzt. Bisher können geringere Pixelabstände nur erreicht werden, indem alle Subpixel mit einer weißen OLED beschichtet und einen Farbfilter hinzufügt. Dieser Filter ist in der Lage, rote, grüne und blaue Subpixel zu separieren.

Allerdings verursacht der Farbfilter enorme Verluste hinsichtlich der Licht- und Bildhelligkeit. Die Ursache hierfür ist, dass ungefähr 2/3 des Spektralbereiches der weißen Pixel immer für die Farben, die nicht benötigt werden, unterdrückt wird und die weiße OLED selbst weniger effizient ist als jeweils monochrome. Es können also nur 10 bis 20% des abgestrahlten Lichtes verwendet werden.

Die neuentwickelte Technologie zur direkten Strukturierung von RGB-Pixeln ohne Farbfilter macht sich die Tatsache zu Nutze, dass ein Großteil der organischen Materialien entweder hydrophob (wasserabweisend) oder hydrophil (wasserlöslich) und daher orthogonal unlöslich und beständig gegenüber hochfluorierten Chemikalien ist. Deshalb können geeignete fluorierte Photolacke für die Strukturierung von organischen Schichten verwendet werden, ohne dass die Leistungsfähigkeit der organischen Bauelemente beeinträchtigt wird.

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Leistungen des Fraunhofer COMEDD für die Bearbeitung von 200-mm-Wafern:
  • 300 m² Reinraumklasse 100
  • Photolack-Abscheidung mit Schichtdickenhomogenität von < 1 %
  • Auflösung 1 µm
  • Alignment 1 µm
  • Nassbank für Reinigung/Ätzen
  • Trocken-RIE-Ätzen mittels Ar-Ionen-Aufbereitungsanlage und O2-Plasma
  • Stapel/Mengen-Vakuum/N2-Ofen, Heizplatten Luft/N2
  • optische Inspektion, Partikelkontrolle

Die Verfügbarkeit derartiger orthogonaler Photolacke für die Herstellung komplexer Bauelementestrukturen erweitert den Bereich der Möglichkeiten für die organische Elektronik.

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